Vibración molecular
Una vibración molecular es un movimiento periódico de los átomos de una molécula entre sí, de modo que el centro de masa de la molécula permanece sin cambios. Las frecuencias vibratorias típicas oscilan entre menos de 10 13 Hz y aproximadamente 10 14 Hz, correspondientes a números de onda de aproximadamente 300 a 3000 cm -1 y longitudes de onda de aproximadamente 30 a 3 µm.
Las vibraciones de moléculas poliatómicas se describen en términos de modos normales , que son independientes entre sí, pero cada modo normal implica vibraciones simultáneas de diferentes partes de la molécula. En general, una molécula no lineal con N átomos tiene 3 N - 6 modos normales de vibración , pero una molécula lineal tiene 3 N - 5 modos, porque no se puede observar la rotación alrededor del eje molecular. [1] Una molécula diatómica tiene un modo normal de vibración, ya que solo puede estirar o comprimir el enlace simple.
Una vibración molecular se excita cuando la molécula absorbe energía, ΔE , correspondiente a la frecuencia de la vibración, ν , según la relación ΔE = hν , donde h es la constante de Planck . Se evoca una vibración fundamental cuando la molécula absorbe uno de esos cuantos de energía en su estado fundamental . Cuando se absorben múltiples cuantos, se excitan los primeros y posiblemente más altos armónicos .
En una primera aproximación, el movimiento en una vibración normal puede describirse como una especie de movimiento armónico simple . En esta aproximación, la energía vibracional es una función cuadrática (parábola) con respecto a los desplazamientos atómicos y el primer sobretono tiene el doble de frecuencia que la fundamental. En realidad, las vibraciones son anarmónicas y el primer sobretono tiene una frecuencia ligeramente inferior al doble de la fundamental. La excitación de los armónicos más altos implica cada vez menos energía adicional y eventualmente conduce a la disociación de la molécula, porque la energía potencial de la molécula se parece más a un potencial Morse o, más exactamente, a un potencial Morse / de largo alcance .
Los estados vibratorios de una molécula se pueden probar de diversas formas. La forma más directa es a través de la espectroscopia infrarroja , ya que las transiciones vibratorias normalmente requieren una cantidad de energía que corresponde a la región infrarroja del espectro. La espectroscopia Raman , que normalmente utiliza luz visible, también se puede utilizar para medir directamente las frecuencias de vibración. Las dos técnicas son complementarias y la comparación entre las dos puede proporcionar información estructural útil, como en el caso de la regla de exclusión mutua para moléculas centrosimétricas .
La excitación vibratoria puede ocurrir junto con la excitación electrónica en la región visible ultravioleta . La excitación combinada se conoce como transición vibrónica , lo que otorga una estructura vibratoria fina a las transiciones electrónicas , en particular para las moléculas en estado gaseoso .
